U = W / Q
Werbung
elektrische Spannung Die elektrische Spannung U Minuspol: • Elektronenüberschuss • Elektronen sind frei beweglich. • Ladungsdruck, da sich gleichnamige Ladungen abstoßen. Pluspol: • Elektronenmangel • Die positiven Ladungen können sich nicht bewegen. • Anziehung von Elektronen, da sich ungleichnamige Ladungen anziehen. Die elektrische Spannung U Die Ursache für den Strom! Zwischen den Polen besteht also das Bestreben, den Überschuss und den Mangel an Elektronen durch Stromfluss auszugleichen. - Potenzialdifferenz Der elektr. Spannungszustand + - • Je stärker die Spannungsquelle, desto heller die Lampe. • Was spielt sich in der Quelle ab? • Warum lädt sich die Kugel positiv? In der Spannungsquelle werden negative Ladungen von positiven Ladungen getrennt. Die elektrische Spannung U Um eine physikalische Basisgröße festzulegen, muss man drei Aspekte der Größe definieren: 1. Gleichheit Wann sind zwei Spannungen gleich groß? 2. Vielfachheit Wann ist eine Spannung 2-, 3- ... n-mal so groß wie eine andere? 3. Einheit Mit dieser Festlegung lassen sich Messgeräte eichen. Spannungseinheit Die Einheit ist nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. Definition der Spannung Formel: W U Q Einheit: J U 1 1V C Elektrische Spannung zwischen zwei Punkten U=W/q 1 J/C= 1 V (1 Volt) Spannung zwischen zwei Punkten W 1J Arbeit zur Verschiebung der Ladung q zwischen den Punkten q 1C Ladung q • Mit der Arbeit im elektrischen Feld ist die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten definiert, ein Quotient: – Zähler: Arbeit zur Verschiebung einer positiven Ladung von einem Punkt zum andern – Nenner: Betrag der positiven Ladung Die elektrische Spannung Q U 1 0 0,5 W U q Die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten ist ein 1 J/C=1 V Quotient, Zähler: Arbeit, um eine Ladung „1 Volt“ von einem zum anderen Punkt zu verschieben, Nenner: Betrag der Ladung Dem System zugeführte Arbeit an einer positiven Ladung, um sie von einem Punkt zum andern zu verschieben Beschleunigung einer Ladung beim Durchfliegen einer Spannung q Joule -1 Spannung U 1 Versuch • Beschleunigung einer geladenen Kugel zwischen zwei Platten und Austritt in den „feldfreien“ Raum Q Die elektrische Spannung U und die elektrische Energie • Die Pumpe sorgt unter Arbeitsaufwand für einen Druckunterschied zwischen Ein- und Ausgang der Wasserleitung an der Pumpe. Ventil Pumpe Motor • Sobald man den Wasserstromkreis freigibt (Ventil), wird diese Energie vom fließenden Wasser am Motor abgegeben. Arbeit im elektrischen Feld F qE q s W F s q E s q.U 2 Für: Q=I.t und dem Ohmschen Gesetz erhalten wir: U 2 W I .U .T .t I R.t R Arbeit auf „geschlossenen Wegen“ Das System bestehe aus zwei Komponenten: – Zwei große geladene Platten („Kondensator“) und ein kleiner geladener Körper Arbeit im elektrischen Feld auf einem „geschlossenen Weg“ Q Joule -1 1 q Am Kondensator verrichtete Arbeit: W F s E q s W W 0 Elektrische Leistung 2 W U 2 P I .U I .R t R Wie werden Arbeit und Leistung beim Strom gemessen: Die Einheit der Arbeit ist das Joule die der Leistung das Watt In der Praxis: [W]=1 kWh Elektrische Leistung U=W/Q W=U·Q P = W/t = U · I I = Q/t 1 J/C = 1 V Spannung zwischen zwei Punkten 1J Arbeit zur Verschiebung der Ladung Q zwischen den Punkten 1W Elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke 1A Stromstärke ist ein Quotient, Zähler transportierte Ladung, Nenner Zeit • Das Produkt aus Spannung [V] und Stromstärke [A] ist die elektrische Leistung [W] Geschwindigkeit der Elektronen Vakuum: bis 600 km/h In Leitern hingegen nur einige cm/h (Stoßprozesse mit Atomen, führt zu Wärmeentwicklung) Darum Sicherungen: P=U.I Leitungsquerschnitt, Spannung und Leistungsaufnahme (Bsp. Teekocher und Bügeleisen)
